SÜRDÜRÜLEBĐLĐR
“YEŞĐL”
BĐNALAR
Prof. Dr. Olcay KINCAY ENERJĐ
KULLANIMI - B III. BÖLÜM
Rüzgar Enerjisi
Rüzgar, güneş ışınları yer küreyi değişik açılarda
ısıtırken oluşan farklı basınç ve nem bölgelerinin bir
sonucudur.
Güneşin dünyaya gönderdiği 1012 MW/h enerjinin %1-2 si rüzgar enerjisine dönüşür.
Bu enerji elektrik üretiminde kullanabilir.
Rüzgar Enerji Potansiyeli
Dünya rüzgar enerji potansiyelinin, 50° kuzey ve güney enlemleri arasındaki alanda 9.000 TWh/yıl kapasitenin kullanılabilir olduğu hesaplanmaktadır.
Dünya karasal alanları toplamının 27%’sinin yıllık ortalama 5,1 m/s’den daha yüksek rüzgar hızının etkisi altında kaldığı belirtilmektedir.
Bu rüzgar enerjisinden yararlanma imkanının olabileceği varsayımıyla 8 MW/km2 üretim kapasitesi ile 240.000 GW kurulu güce sahip olunacağı hesaplanmaktadır.
Rüzgarın Gizli Gücü
Dünya rüzgar kaynağı 53 TWh/yıl olarak hesaplanmaktadır.
2020 yılına kadar dünya elektrik tüketiminin %12 sinin rüzgar enerjisinden karşılanması
planlanmaktadır.
Bu süreçte rüzgar enerjisinden elektrik üretim maliyetlerinin 3.79 €-cents/kWh 'dan 2.45 €-cents/kWh'a düşmesi beklenmektedir.
74,223 15,197
59,091 Dünya toplamı
1,000 112
889 Toplam
Pasifik Bölgesi
13,062 3,230
9,832 Toplam
Kuzey Amerika
508 296
212 Toplam
Latin Amerika ve Kraibler
48,062 7,611
40,512 AB-27 (4)
48,545 7,708
40,898 Toplam Avrupa
Avrupa
10,667 3,679
6,990 Toplam
Asya
441 172
271 Toplam
Afrika ve Orta Doğu
2006 sonu Yeni 2006
2005 sonu
Dünyadaki RES Durumu (MW)
Türkiye’de ilk RES 1998 yılında Çeşme’de kurulmuştur (1,5 MW)
2007 yılı sonu RES kapasitesi 207 MW tır.
Hedefler (TÜSĐAD 1998)
2000 yılı 300 MW 2010 yılı 2979 MW 2020 yılı 7849 MW
RES SAHA SEÇĐMĐ
50m
Güç Yoğunluğu
EĐE, güç yoğunluğu en az 250 W/m2 olan alanları rüzgar kaynak alanı olarak
belirlemiştir
Güç yoğunluğu 300 W/m2 den az olan alanlara yapılan başvurular iade edilir.
Ekonomik yatırım için güç yoğunluğu min. 400 W/m2 olmalıdır.
Rüzgar Hızı Min. 5 m/s olmalı
Ekonomik yatırım için min. 7 m/s olmalı
Kapasite faktörü
Kapasite faktörü hesaplanan rüzgar gücü ile çarpılarak elde edilen gerçek güç bulunur. Çevresel ve işletme şartlarının tümüne bağlıdır. RES santrallerinin ülkemizde kapasite faktörleri %30-45 gibi değerlerdedir.
Kullanılamaz Alanlar
Milli Parklar, Tabiat Parkları, Tabiat Anıtları,
Tabiat Koruma Alanları,
Yaban hayatı koruma alanları Kültür varlıkları
Yaşam alanları, Askeri alanlar
Rakımı 1500 m’den
yüksek alanlar Eğimi %20’den fazla
olan alanlar
Ekonomik bir RES yatırımı için minumum 5 MW’lık
santral kurulması gerekmektedir.
Ortalama Rüzgar hızının yüksek olması zorunludur
Minimum hız yıllık ortalama 4 m/s
Đnsanlar rüzgar hızını abartmaya eğilimlidir
Rüzgar hızı yükseklikle artma eğilimi gösterir
Đyi kaynaklar
Kıyılar
Uzun eğimli tepeler
Geçitler
Açık araziler
Rüzgar alan vadiler
Daha fazla rüzgar alır
Kışlar yaza göre
Gündüzler gecelerden
Rüzgar Kaynağı
1 MW’lık Türbin için Güç Eğrisi
0 200 400 600 800 1,000 1,200
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Rüzgar hızı (m/s)
Güç(kW)
Rüzgar Enerjisi Sistem Maliyetleri
Rüzgar çiftlikleri
Kurulum maliyeti: $1,500/kW
Üretim maliyeti: $0.01/kWh
Satış Fiyatı: $0.04 -$0.10/kWh
Tek Türbinler ve Ayrılmış Şebekeler
Yüksek maliyet (projeye özel)
Fizibilite, geliştirme ve
mühendislik çalışmaları maliyetin daha yüksek oranını oluşturur.
Ana parçaların maliyeti
türbin maliyetinin 20-25%’ni oluşturur
Rotor kanatları ya da dişli kutusu
0% 20% 40% 60% 80%
Tesis Düzen. Çlş.
Türbinler Mühendislik ARGE
Fizibilite Çlş.
Kurulum maliyet oranları
Türkiye'nin teorik olarak hesaplanan potansiyeli 83.000 MW değerindedir.
HıHızzıı 9,5 m/s9,5 m/s ve üve üzeri izeri iççin in 5.000 MW5.000 MW
HıHızzıı 7,5 m/s7,5 m/s ve üve üzeri izeri iççin in 48.000 MW48.000 MW olarak
olarak ööngngörörüülmektedir.lmektedir.
RES Birim Tesis Bedeli
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Santral Gücü (kW)
Birim Tesis Maliyeti ($/kW)
Manama, Bahreyn'de bulunan Bahreyn Dünya Ticaret Merkezi,
"dünyanın ilk rüzgar gücüyle elektrik üreten rüzgar türbini entegre yüksek binası" olma özelliğini taşımaktadır.
240 metre yüksekliğinde, 50 katlı olan ve 2008 yılında bitirilen kulelerin toplam maliyeti 150 milyon $’dır.
29 m kanat çaplı, 3 adet yatay eksenli rüzgar türbini, yılda 1100-1300 MWh'lik üretimleriyle, binanın yıllık elektrik enerjisi ihtiyacının
yaklaşık 15%'ini karşılamaktadır.
Türbinlerden üretilen elektrik enerjisi, 300 evin ihtiyacı olan enerjiye eşittir.
Rüzgar Türbinli
Kuleler
Rüzgar Türbinleri Artık
Rüzgâr Enerjisini Eve Taşıyacak
Konutlara monte edilebilen sistemler bağımsız elektrik kullanımına neden olacaktır.
Rüzgâra duyarlı dikey kanatlar çok katmanlı açıyla birbirini tahrik ederek güç sağlayan rotoru döndürüyor.
Bu tipler daha az yer kaplamakta ve rüzgârın hızına göre kendini ayarlayabilmektedir. Yeni türbin teknolojisi santral ünitelerinin büyüklük sınırlamalarını da ortadan kaldırmıştır.
Evsel tipler AB ve Amerika’da dikey türbin teknolojisiyle ilgili pek çok patent alınmış olup kullanımı yaygınlaşmaktadır. Yeni geliştirilen kanatcık tasarımı ile gürültü ve rezonans riski neredeyse yok edilmiştir.
AB’de toplam enerji üretiminin % 20 bu yeni teknolojiyle sağlanabilecektir.
Rotor Çapı 2.5m
Malzeme ve Kanat Sayısı Güçlendirilmiş Fiberglass, 3 Kanatlı
Güç / Maksimum Güç 500W / 700W
Potansiyel Rüzgar Hızı8 m/s
Başlangıç Đçin Gereken Rüzgar Hızı 2,5 m/s
Çalışılabilir Rüzgar Hızı3-25 m/s
Potansiyel Dönme Hızı450 d/d
Çalışma Voltajı DC 12V/24V
Jeneratör Türü Trifaze, Permanent Magnet
Şarj Yöntemi Daimi Voltaj ve Akım Korumalı
Hız Dengeleme YöntemiYaw
Durma Yöntemi Otomatik
Ağırlık 48 Kg
Kule Yüksekliği6 Metre
Önerilen Akü Grubu 12V/200A Deep Cycle x2
Ömür 15 Yıl
Örnek bir evsel türbin verileri
Türkiye’nin Toplam Jeotermal Isı Potansiyeli
31500 MWt
= 5 Milyon Konut Isıtma Eşdeğeri veya 150 Bin dönüm sera ısıtması
=1 Milyonun üzerinde kaplıca yatak kapasitesi
= 29 Milyar USD/Yıl Fuel-Oil Eşdeğeri (30 Milyon ton/yıl)
= 30 Milyar m3/yıl doğalgaz eşdeğeri
Türkiye’nin Toplam Jeotermal Elektrik Potansiyeli
500 MWe
Isı Pompaları
Isıyı düşük sıcaklıktaki ısı kaynağından yüksek sıcaklıktaki ısı kaynağına aktarırlar. Hava, su, toprak ve güneş enerjisi olmak üzere dört kaynaktan yararlanırlar.
Kuyulardan, göllerden, nehirlerden, şehir şebekelerinden ve proseslerden elde edilen su, ısı kaynağı olarak kullanılabilir.
Tek cihazla ısıtma-soğutma-sıcak kullanım suyu imkanı sağlar.
Isı Pompası
Etkinlik Katsayısı (COPIP)
Toprak kaynaklı (yatay) IP
CO2 Derinlik sondajı Yer altı suyu IP
Toprak kaynaklı (dikey) IP
Hava kaynaklı IP
(Split yada kompakt sistem)
Isı Pompası Sistemleri
Isı Pompası Sistemlerinden Örnekler
Hava Kaynaklı IP
Bu tip IP ısı kaynağı olarak dış hava kullanılmaktadır.
Ancak dış hava koşullarının, yıl içinde mevsimler, aylar, hatta saatler boyunca
değişmesi nedeniyle COP değeri oldukça değişkendir, kararlı değildir.
Toprak-Su Kaynaklı IP
Dünyanın hayat kaynağı olan güneşten gelen enerjinin yaklaşık yarısı dünyanın kütlesinde tutulur. Toprak – su kaynaklı IP’nın amacı, dünyanın kütlesinde bulunan bu hazır enerji kaynağından faydalanmaktır.
Toprak ısıtma sezonunda dış havadan daha yüksek sıcaklıkta, soğutma sezonunda ise havadan daha düşük sıcaklıkta kalarak, tüm yıl boyunca yaklaşık olarak sabit sıcaklıkta kalır ve dolayısıyla daha kararlı bir enerji kaynağıdır.
Toprak-Su Kaynaklı IP ’nın
Sınıflandırılması
Bu sınıflandırmada enerjinin absorbe edildiği ve serbest bırakıldığı ortama göre ısı pompaları isimlendirilir.
Toprak kaynaklı ısı pompaları (TKIP),
Yüzey suyu kaynaklı IP (kapalı ve açık devre), Yeraltı suyu kaynaklı IP
olarak incelenebilir. TKIP ise yatay ve dikey tip olarak
çeşitlenebilir.
Toprak-Su IP Sistemleri
Toprak altı sıcaklığının aylara göre değişimi
Toprak Enerjisi
Dikey derinlik - yatay uzunluk Dikey derinlik - yatay uzunluk
Boru boyunu etkileyen Boru boyunu etkileyen
faktöfaktörlerrler
•• Arazinin coğArazinin coğrafik yaprafik yapııssıı
•• Yer altıYer altı yapıyapıssıı
•• ToprağıToprağın kalitesi n kalitesi
•• Topraktaki nem miktarıTopraktaki nem miktarı
•• BinanıBinanın n ııssıı ihtiyacihtiyacıı
•• YatıYatırrıımcmcıınnıın finans gn finans güüccüü
180190
160 115125
100 105 80 90
70 80
60
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
4,5 kW 6 k W 9 kW 15 k W
Kil kaya kum Serme
Atmak istediğimiz enerjiyi doğada bulunan sonsuz diye nitelendirebileceğimiz doğal ısı kaynaklarını kullanarak çözmek…
Doğal çözüm
Topraktaki ısı enerjisi
antifriz devresine verilir, bu devredeki ısı da,
ısı pompasındaki çevrim akışkanına aktarılır.
Sadece Isveç’in Strömstad Şehrinde 1650 Daire Isı Pompası Sistemi
Kullanmaktadır…
Ekonomi
Isı pompasından elde edilen enerjinin:
%75 i doğada depolanmış enerjiden
(hava, su, toprak)
% 25i elektrikten karşılanır.
Bu ekolojik teknoloji TEŞVĐK EDĐLMEKTEDĐR!
(Avrupa Birliği, devletler, belediyeler, bankalar ve elektrik dağıtım şirketleri tarafından)
kW başına düşen ısıtma maliyeti (cent)
Motorin
LPG
Fuel oil
Elektrik
Doğalgaz
Isı pompası
Hibrid Sistem
(Güneş Enerjisi Destekli Toprak Kaynaklı Isı Pompası)
Hibrid Sistem (Güneş Enerjisi + Isı Pompası
+ Isıl Enerji Deposu)
Hibrid Sistem (Güneş Enerjisi destekli Dikey Toprak Kaynaklı Isı Pompası
ve Gizli Isı Depolama Sistemi)
A - Güneş Kollektörü, B- Gizli Isı Deposu, C - Dikey Tip Toprak Kaynaklı Isı Pompası, D - Isı Pompası, E –Duvardan Isıtma-Soğutma Sistemi, 1-21 Tüm Sistemde Kullanılan Valfler
Döşemeden Isıtma Sistemleri
Sağlıklı, konforlu ve ekonomik bir ısınma şeklidir.
Konforlu ortam ve sağlıklı yaşam Uygulama ve bakım kolaylığı
Enerjiden tasarruf
Mekanlarda daha geniş iç hacim Ekonomik avantajlar
Tüm hacim içinde homojen bir ısı dağılımı ve sıcaklık sağlanır. Havanın nem dengesi bozulmaz. Sıcaklık farkı az olduğu için hacim içinde aşırı hava akımı yoktur.
Döşemede sıcaklık 29°C geçince toz hareketliliği başlar. Ayrıca sıcaklık artışı ayaklarda bulunan kılcal damarlarda genişlemeye neden olur.
Döşemeye gidiş sıcaklığı 55°C ve dönüş sıcaklığı ise 45°C'dir.
Duvardan Isıtma ve Soğutma
TKIP’na en uygun sistemler yerden ısıtma ve duvardan ısıtma ve soğutma yöntemleridir. Bu sistemler için gerekli olan 35–50
oC arasındaki su sıcaklığını TKIP karşılayabilmektedir.
Mekandaki ısı kayıplarını, duvar betonu içindeki
borularla ısı kaynağından aldığı enerjiyi duvar altına yayarak dağıtan, duvarı dolayısı ile ortamı ısıtan bir ısıtma sistemidir
38
Duvardan Isıtma ve Soğutma
Sıcaklık odaya büyük kısmı ışıma yolu ile dağılır. Ayrıca ısıtılmış veya soğutulmuş duvar (panel) nedeniyle oluşan “sınır tabaka” akımının meydana getirdiği doğal konveksiyon buna eklenir.
Tozlanacak petek yoktur.
Hava akımı olmadığından tozlar uçuşmaz.
Havanın doğal nem oranı korunur.
Duvardaki panellere gidiş sıcaklığı 35°C ve dönüş sıcaklığı ise 30°C'dir.
Konvansiyonel sistemde sıcaklık dağılımı Duvardan ısıtma sisteminde sıcaklık dağılımı
• Duvardan ısıtma / soğutma sisteminde ise sıcaklık ortama eşit bir şekilde yayılır. Bu nedenle aynı konforlu ortamı elde etmek için daha az enerjiye ihtiyaç duyulur.
• Çabuk ısıtma / soğutma sağlanır. Önce duvarlar ısınır ve kısa süre içinde sıcaklık odanın bütün her yerine eşit şekilde yayılır. Duvarların ısınması 5 - 10 dakika içinde gerçekleşir.
• Sık havalandırma yapmaya gerek kalmaz. Böylelikle oda içindeki ısının kaybı daha az olur.
Radyatörlü ısıtmada sıcaklık dağılımları
Tmax = 20,4 oC Tmin = 9,6 oC Tm = 17 oC Thava = 20 oC
Sıcaklık (o C)
Duvardan ısıtmada sıcaklık dağılımları
Tmax = 24,6 oC Tmin = 16,4oC Tm = 20 oC Thava = 18 oC
Sıcaklık (o C)
Duvarlarda yoğuşma olmaz. Yoğuşma olabilmesi için duvarların sıcaklığının 14oC altına kadar düşmesi
gerekmektedir. Duvardan soğutma sisteminde duvarlar 17-18 oC’ye kadar soğutularak 20 - 22oC’ lik doğal ortam serinliği elde edilir.
Estetik bir görüntü sağlar. Isıtıcı / soğutucu serpantinler duvar içinde kaldığı için görüntü kirliliğine sebep olmaz.
Isıtılan duvar
yüzeyi sıcaklıkları her yöne eşit dağılır.
Đstanbul’da bir uygulama
Meydan AVM, Đskandinav ülkelerini dahil etmezsek şu anda Avrupa’nın ve Türkiye’nin en büyük (70.000 m2 büyüklüğündeki), en çevreci toprak kaynaklı ısı pompası projesidir. Metro Group Asset Management’ın 100 milyon € yatırımla kurduğu bu alışveriş merkezi, grubun toprak kaynaklı ısı pompası uygulaması ile kalorifer kazanı olmaksızın, doğal bir kaynak olan toprak enerjisi sistemiyle ısıtılıp soğutulan ilk projesidir.
2008 Avrupa Mükemmellik Ödüllü ve
2008 AB Çevre Ödülü Alan Metro AVM
Proje Künyesi:
Projenin Kapsamı : Alışveriş Merkezi Projesi (Süpermarket – Sinema -Mağazalardan oluşan) yaklaşık 130 bin m² alanda oluşturulmuş olup 70 bin m² lik satış alanına sahiptir.
Toplam Soğutma Yükü : 3.600 kW
Toplam Isıtma Yükü : 1.000 kW
Toplam Ünite Adedi : 108 adet ısı pompası ünitesi (en küçük kapasite 1,5 kW, en büyük kapasite 65 kW)
Toplam Sondaj - Boru Metrajı : 18.327 m
Toplam Kuyu Adedi ve Ortalama Metrajı : 208 kuyu / 88 m
Binanın çatı alanı yaklaşık 55 bin m
2ve bunun 30 bin m
2yeşil alandır. Bu özelliği ile Meydan, dünyanın tek alanda, en büyük yeşil alanlı çatısına sahiptir. Bu yeşil örtü ısı yalıtımına katkıda bulunduğu için enerji
maliyetlerine de önemli bir katkı sağlamaktadır. Ayrıca 8
desibellik bir ses azaltımı da sağlamaktadır.
Đstanbul Metro AVM …
Meydan AVM’de hiç kazan yoktur. Isıtma yükünün tamamı topraktan genelde 25ºC'nin altındaki su ile yapılmaktadır. Merkezi ısıtma yoktur.
Fancoillerde serpantinde dolaşan şartlandırılmış suyun temininde sudan suya ısı pompalarından yararlanılmıştır.
(ısıtma 50/40ºC ve soğutma 7/12ºC)
